Gezielte Identifizierung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen
Dr. Andreas Korth
DVGW-FORSCHUNGSPROJEKT Titel: „Entwicklung einer Methodik zur Identifizierung von Eintragsquellen mikrobiologischer Belastungen in der Trinkwasserprozesskette“Kurzbezeichnung: MikroSens
Projektkonsortium:
EINLEITUNG
§ Zur Überwachung der mikrobiologischen Trinkwasser-qualität hat sich seit über 100 Jahren das Indikatorprinzipbewährt, verankert in der TrinkwV 2001. (E. coli, Coliformeund Enterokokken dürfen in 100 ml Wasserprobe nichtnachweisbar sein).
§ Das häufiger vorkommende Auftreten mikrobiologischerEinzelbefunde weist darauf hin, dass die angewandtenRoutineverfahren im Rahmen der mikrobiologischenGefährdungsanalyse nicht ausreichend sind, umRisikostellen in der komplexen Trinkwasserprozessketteeindeutig identifizieren und bewerten zu können.
EINLEITUNG
§ Im Rahmen eines DVGW-Forschungsprojektes MikroSenswurde eine Methodik zur erheblich sensitiverenProbennahme durch Nutzung großer Volumina entwickelt.
§ Zudem wurden moderne mikrobiologische Untersuchungs-verfahren zur eindeutigen und schnellen Spezies-identifizierung untersucht.
ANSATZ
Schnelle Vor-Ort-Anreicherung von Bakterien aus großem Volumen
Quantifizierung Coliformer und Enterokokken mittels Routine-verfahren
Identifizierung mittels molekular-biologischer Verfahren
+ +
Bewertung von Trinkwasser-transportsystemen
Bewertung von Baumaßnahmen
Identifizierung mikrobiologischer Eintragsquellen
Bewertung Aufbereitungsanlagen
ANREICHERUNG MIT MEMBRANMODUL
- Filterfläche ca. 2 m²- Einmalmodul - ca. 100 l in 45 min
MEMBRANMODUL AUS MEDIZINISCHEM BEREICH
Polysulfon -Hohlfasermembran
VERGLEICH MODULE DER HERSTELLER
Probe Hersteller 1 Hersteller 2
Brunnengallarie 1:Rohwasser
2,5 l/min à 40 min pro 100 lFiltr. Vol.: 100 l
Brunnengallarie 2:Rohwasser
2,1 l/min à 40 min pro 100 lFiltr. Vol.: 385 l
Rohwasser:Grundwasser
2,2 l/min à 45 min pro 100 lFiltr. Vol.: 110 l
Trinkwasser 1 2,3 l/min à 45 min pro 100 lFiltr. Vol.: 116
1,3 l/min à 75 min pro 100 lFiltr. Vol.: 90 l
Trinkwasser 2 2,2 l/min à 45 min pro 100 lFiltr. Vol.: 134 l
Trinkwasser 3 1,4 l/min à 71 min pro 100 lFiltr. Vol.: 124 l
VERSUCHSAUFBAU CROSS-FLOW / DEAD-END
WIEDERFINDUNGSRATE CROSS-FLOW
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
HF/CF50:50/PBS RX/CF50:50/PBS RX/CF50:50/PP
Wie
derf
indu
ngsr
ate
in %
Serratia fonticola
WIEDERFINDUNGSRATE DEAD-END
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
HF/DE/PBS HF/DE/PP RX/DE/PBS RX/DE/PP
Wie
derf
indu
ngsr
ate
in %
Serratia fonticola
WIEDERFINDUNG ENTEROKOKKEN
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
HF/DE/PP RX/DE/PP
Wie
derf
indu
ngsr
ate
in %
Enterococcus faecalis
VERGLEICH QUANTIFIZIERUNGSMETHODEN
Colilert (ISO 9308-2/2013) für Quantifizierung angereicherter Proben geeignet
MF/CCA (ISO 9308-1/2014) für Quantifizierung angereicherter Proben teilweise ungeeignet
Quantifizierung coliforme Bakterien
VERGLEICH QUANTIFIZIERUNGSMETHODEN
Enterolert sowie MF/CEA (Alternativverfahren nach TrinkwV) für Quantifizierung angereicherter Proben geeignet
MF/SB (ISO 7899-2) für Quantifizierung angereicherter Proben teilweise ungeeignet
Quantifizierung Enterokokken
SYSTEM FÜR VOR-ORT EINSATZ
Ablaufschlauch
Wasserzähler
Zulaufschlauch
Gestell
Filtrationsmodul
Schlauchpumpe
UNTERSUCHUNGEN WVU3
Messpunkt Temp. [°C]
Vol. [l]
colif. B.(19 h) [100 ml/m³]
colif. B.(22 h) [100 ml/m³]
E. coli (19 h) [100 ml/m³]
Enterok. (24 h) [100 ml/m³]
18.08.2015 (Defekter Behälter) Rohwasser 12,2 60 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Reinwasser 11,8 100 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 1 12,8 100 0,5148 / 5.184 0,6217 / 6.217 0,0485 / 485 0 / 0 Netzpunkt 2 19,4 156 0,4346 / 4.346 0,4908 / 4.908 0,0013 / 13 0,1077 / 1.077 Netzpunkt 3 17,1 163 0,5290 / 5.290 0,5590 / 5.590 0 / 0 0,1215 / 1.215 Netzpunkt 4 15,4 191 0,6603 / 6.603 0,8565 / 8.565 0,0099 / 99 0,0927 / 927 Netzpunkt 5 13,1 170 0,5324 / 5.324 0,6192 / 6.192 0,0488 / 488 0 / 0
08.03.2016 (Nach Behältersanierung) Rohwasser 11,4 86 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Reinwasser 11,4 115 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 1 9,6 125 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 2 6,7 182 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 3 5,1 100 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 4 7,0 105 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0 Netzpunkt 5 9,8 205 0 / 0 0 / 0 0 / 0 0 / 0
ETABLIERUNG RAPD UND PCR
GEL VON RAPD (BLUE BIOLABS)
Schnelle Typisierung von Isolaten
Praxisbeispiele
FALL 1: AUSGANGSSITUATION - BEFUNDE
Messpunkt Coliforme pro 100 mlNetz 1 0Netz 2 1Netz 3 0Netz 4 1Netz 5 1
Netz 6 0
§ Eintragsstelle war unbekannt undaus Befundsituation nicht ableitbar
FALL 1: IDENTIFIZIERUNG QUELLE§ 1. Beprobungsserie (Anreicherung): Wasserwerk + Netz
§ WW: 0,53 Coliforme/100 ml§ Netz 1: 0,50 Coliforme/100 ml§ Netz 2: 0,48 Coliforme/100 ml§ Netz 3: 0,38 Coliforme/100 ml
à Kontaminationsquelle liegt im Wasserwerk
FALL 1: IDENTIFIZIERUNG QUELLE§ 2. Beprobungsserie (Anreicherung) – Wasserwerk
§ Rohwasser: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 1: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 2: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 3: 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 4 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 5 0,00 Coliforme/100 ml§ Filter 6 0,00 Coliforme/100 ml§ WW – Ausgang 0,50 Coliforme/100 ml
à Kontaminationsquelle liegt zwischen Ablauf der Filter undReinwasserpumpen à Reinwasserkammer
à Bei Begehung wurden Probleme in Reinwasserkammerfestgestellt
FALL 2: BEWERTUNG TRANSPORTLEITUNGEN
WWN1N2N3N4
1. Probennahme Angaben n/m3 2. Probennahme Angaben n/m3
PN-Stelle Coliforme (19 h)
E. coli (19 h)
Coliforme (22 h)
E. coli (22 h)
Entero-kokken
Coliforme (19 h)
E. coli (19 h)
Coliforme (22 h)
E. coli (22 h)
Entero-kokken
Wasserwerk vor DES 1094 0 5626 0 0 4954 0 7074 0 0
Netz 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Netz 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Netz 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Netz 4 83 0 125 0 0 47 0 80 0 0
àAusgang WW (nach DES) + Transportleitung bis Messstelle N 3 - o.B.à Eintrag Coliformer zwischen N3 und N 4
Wasserwerk: 0,002 KBE/100ml à 20 KBE/m³ Buttiauxella agrestis
Netzpunkt bei Baustelle: 0,05 KBE/100ml à 500 KBE/m³
Lelliotta amnigena Enterobacter Buttiauxella sp. Buttiauxella giviniae Lelliotta minipressuralis Buttiauxella sp.
FALL 3: BEWERTUNG BAUMASSNAHME
Schlussfolgerung:Im Bereich der Baustelle ist eine Verunreinigung od. Nährstoffquelle vorhanden
FALL 3: UNTERSUCHUNG VON BRUNNEN
Messpunkt Wassertemperatur (°C) filtriertes PV [l] Coliforme pro m³Brunnen 1 12,4 200 328Brunnen 2 12,6 201 0Brunnen 3 13,1 215 2638Brunnen 4 12,6 200 0Brunnen 5 12,2 200 95Brunnen 6 11,8 200 52Brunnen 7 11,8 200 10Brunnen 8 12,1 205 0Brunnen 9 12,3 200 0
Einige Brunnen weisen eine geringe Belastung mit coliformen Bakterien auf
FALL 4: UNTERSUCHUNGEN IN EINEM WW
Nr. Messstelle Temp. (°C)
Filtriertes Volumen [l]
Coliforme (19 h) pro 100 ml 3
Coliforme (19 h) pro m3
1 Zulauf Riesler 10,2 200 0,0083 83
2 Zulauf 2. Filterstufe (Abl. Riesler) 10,2 210 0,0136 136
3 Ablauf FF1 (Laufzeit* = 406 h) 10,4 260 0,4444 4.444
4 Ablauf FF2 (Laufzeit* = 284 h) 10,3 225 >4,41 > 44.100
5 Ablauf FF3 (Laufzeit* = 333 h) 10,2 340 0,0272 272
6 Ablauf FF4 (Laufzeit* = 95 h) 10,2 345 0,5939 5.939
7 Ablauf FF5 (Laufzeit* = 312 h) 10,2 400 >2,54 >25.400
8 Ablauf Reaktionskammer 10,3 230 3,77 37.706
9 Ablauf Trinkwasserbehälter 1 10,2 280 >3,54 >35.400
10 Ablauf Trinkwasserbehälter 2 10,2 280 >3,54 >35.400
FALL 4: ERGEBNISSE IDENTIFIZIERUNG
K P2(Abl.Riesler): 8xA, 2xB P1(Zul.Riesler):9xA, 1xB
P3(AblFF1): 7xA, 3xB
P8: 7xA+
P8 +3xB K
K
P4(Abl.FF2): 7xA, 3xB K
K K
K K
P5(Abl.FF3): 5xA, 5xB P6(Abl.FF4): 8xA, 2xB
P9(Abl.TWB1): 9xA, 1xB
P7: 9xA+
P7 +1xB P9(Abl.TWB2): 6xA, 4xB
B B A A A A A A A A
B
A A A A A A B A A A A B A A A
BB A A A A B A A A B A A A B A A A B A A A A
K
A B A A B A B B A B A A B A B A A A A A
K
A A A B A K K
A A A A A A A A A A A B A A A A B A A A A B B A A A K K
K P2(Abl.Riesler): 8xA, 2xB P1(Zul.Riesler):9xA, 1xB
P3(AblFF1): 7xA, 3xB
P8: 7xA+
P8 +3xB K
K
P4(Abl.FF2): 7xA, 3xB K
K K
K K
P5(Abl.FF3): 5xA, 5xB P6(Abl.FF4): 8xA, 2xB
P9(Abl.TWB1): 9xA, 1xB
P7: 9xA+
P7 +1xB P9(Abl.TWB2): 6xA, 4xB
B B A A A A A A A A
B
A A A A A A B A A A A B A A A
BB A A A A B A A A B A A A B A A A B A A A A
K
A B A A B A B B A B A A B A B A A A A A
K
A A A B A K K
A A A A A A A A A A A B A A A A B A A A A B B A A A K K
Grün: Serratia fonticolaBlau: Yersinia sp.
ZUSAMMENFASSUNG
§ Im Rahmen des DVGW-Projektes MikroSens wurdeHandwerkszeug für eine Identifizierung vonmikrobiologischen Kontaminationspunkten entwickelt.
§ Für die schnelle vor-Ort Anreicherung von Bakterienwurden verschiedene Systeme getestet.
§ Membranmodule aus der Medizin weisen ein einfachesHandling und hohe Filtrationsleistung auf.
§ Mit den verwendeten Modulen können in ca. 1hBakterien aus einer Wassermenge von 130 l angereichertwerden.
ZUSAMMENFASSUNG
§ Bei niedriger Befundsituation liefert die Anreicherung eineindeutiges Bild zur Befundsituation.
§ Häufig können mit wenigen BeprobungsserienEintragsstellen eindeutig lokalisiert werden.
§ Die Anreicherung kann mit der Identifizierung gekoppeltwerden.
§ Die Anreicherung u. Identifizierung wurde in Praxisfällenerfolgreich für die schnelle Identifizierung vonKontaminationsstellen und –ursachen eingesetzt.
DANKSAGUNG
Das TZW und die Blue Biolabs GmbH bedanken sich beim
Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) für
die finanzielle Förderung des Projektes und bei den beteiligten
Wasserversorgungsunternehmen für die Unterstützung bei der
Durchführung der Untersuchungen.
Dr. Andreas Korth TZW: DVGW-Technologiezentrum WasserAußenstelle Dresden Wasserwerkstraße 201326 Dresden [email protected]
Vielen Dank für das Interesse!